Das Prinzip des MAG-Schweißens besteht darin, dass ein Metalldraht durch den Schweißbrenner geführt und in einem Lichtbogen geschmolzen wird. Der Schweißdraht hat dabei zwei Aufgaben zu erfüllen. Einerseits ist er die stromführende Elektrode und andererseits gleichzeitig das einzubringende Schweißgut. Der elektrische Strom wird über eine Schweissstromquelle dem Kontaktrohr im Schweissbrenner zugeführt.

Ein durch die Gasdüse fließendes Schutzgas schützt den Lichtbogen und das Schmelzgut. Das Schutzgas ist entweder inert (MIG) oder aktiv (MAG).
Inerte Gase gehen keine Reaktion mit dem Schmelzgut ein. Beispiele für Gase dieser Kategorie sind Argon und Helium.
Aktive Gase dagegen sind an den Prozessen zwischen dem Lichtbogen und dem Schmelzgut beteiligt. Argon mit einem kleinen Anteil von Kohlendioxid oder Sauerstoff ist ein Beispiel für ein aktives Gas. Die aktive Komponente beeinflusst z.B. den Einbrand und/oder die Schweissbadtemperatur.

Die Zahl 1948

Das Metallschutzgasschweißen wurde erstmals 1948 in den USA in der Edelgas-Variante angewandt und auch als SIGMA-Schweißen bezeichnet.

1. Schutzgase & Drahtelektroden

Für das MAG-Schweißen von Baustählen mit Massivdrahtelektroden sind alle Schutzgase der CORGON®- Reihe (COMPETENCE LINETM, PERFORMANCE LINETM) und CO2 geeignet.

CORGON® 18 (ISO 14175 – M21 – ArC-18) ist das universelle Schweißschutzgas mit guten Schweißeigenschaften und tiefem Einbrand. Es ist auch an verzunderten Oberflächen gut einsetzbar. Die geeigneten Mischgase unterscheiden sich in Schweissverhalten, Schweissdateneinstellung, Nahtformung, Einbrand und Eignung für die Schweisspositionen.

Die Reinheiten und Mischgenauigkeiten entsprechenden DIN EN ISO 14175. Die Gase sind für alle Lichtbogenarten und Leistungsbereiche anwendbar.

Schutzgasverbrauch

• Kurzlichtbogen (KLB): 10 – 12 l/min
• Sprüh- und Impulslichtbogen (SLB): 15-20 l/min

Die benötigte Schutzgasmenge wird entweder am Druckminderer an einem Manometer mit entsprechender Kapillare auf den Schutzgasverbrauch (l/min) geeicht oder mit einem Durchflussmengenmesser eingestellt.

Die eingestellte Schutzgasmenge sollte von Zeit zu Zeit mit einem Gasmessröhrchen an der Schutzgasdüse kontrolliert werden. Eine geeignete Massivdrahtelektrode zum MAG-Schweißen mit CORGON® 18 ist G3Si1 nach ISO 14341-A. Die mechanisch-technologischen Eigenschaften des Schweißgutes sind von den Draht-Gas-Kombinationen abhängig. Diese Werte nach ISO 14341-A finden sich in den Datenblättern der Hersteller von Drahtelektroden.

2. Schweißanlage

Leistung der Stromquelle

Bauformen

MAG-Schweißanlagen werden je nach Bedarf in unterschiedlichen Bauformen geliefert – zum Beispiel als Kompaktanlage für den Einsatz in Schweißkabinen, mit Push-Pull-Antrieb für vergrößerte Arbeitsbereiche (6–12 m) oder als tragbarer Inverter.

3. Einstellhinweise

Lichtbogenarten und Anwendungen abhängig vom Drahtdurchmesser

Hinweis: Günstige Schweißeigenschaften werden nur bei richtiger Abstimmung von Strom, Spannung, d. h. der Wahl des richtigen Arbeitspunktes, erreicht.

Einfluss der Drahtvorschubänderung auf Arbeitspunkt und Lichtbogenlänge

4. Nahtausbildung

Lichtbogenleistung

Mit zunehmender Leistung (Drahtvorschub und Spannung) wird der Einbrand gesteigert.

Schweissposition (Rundnaht – Stumpfnaht)

• Bei der Brennerstellung „zu nah bei 12Uhr“ erstarrt die Naht auf der abfallenden Seite – sie schiebt sich auf und wird überwölbt
• Bei der Brennerstellung „ca. 1Uhr“ (abhängig auch von der Schweissgeschwindigkeit) erstarrt die Naht im Zenit und hat ein gleichmäßiges Profil
• Bei der Brennerstellung „zu weit vor 12Uhr“ erstarrt die Naht auf der ansteigenden Seite, flüssiges Schweissbad läuft in den Lichtbogen, wird auseinandergedrückt, breiter und unterwölbt – Bindefehlergefahr. Wichtig: Bei Stellung 3 wird der Einbrand verringert

Brenneranstellung

Über die Brenneranstellung („stechend“ – „neutral“ – „schleppend“) kann die äußere Natform beeinflusst werden.

Kontaktrohrabstand

Wichtig: Der Einbrand ändert sich deutlich, wenn der Kontaktrohrabstand geändert wird.

MAG-Schweißen nichtrostender Stähle

Die Verarbeitung korrosionsbeständiger Edelstähle ist eine besondere Herausforderung: Mit den richtigen Schweißschutzgasen wird diese Aufgabe technisch und wirtschaftlich optimal gelöst.

Die korrosionsbeständigen Stähle haben je nach Legierungsbestandteilen und Wärmebehandlung unterschiedliche Gefüge, wodurch die mechanischen Eigenschaften, die Korrosionsfestigkeit und die Schweißbarkeit beeinflusst werden. Die verschiedenen Stahlsorten werden nach ihren Gefügen zusammengefasst. Die austenitischen Stähle haben sehr gute Korrosionseigenschaften und lassen sich gut kalt umformen. Die ferritischen Stähle sind sehr gut in schwefelhaltigen Atmosphären einsetzbar und gelten als hitzebeständig. Die martensitischen Stähle zeichnen sich besonders durch ihre hohe Härte aus. Duplex-Stähle haben ein zweiphasiges Gefüge aus Austenit und Ferrit und vereinen gute korrosionschemische Eigenschaften mit interessanten mechanisch-technologischen Dispositionen. Das MAG-Schweißen aller hoch- legierten Stähle und Ni-Basis-Werkstoffe erfordert spezifische Schweißzusätze und speziell auf diese Werkstoffe abgestimmte Schweißschutzgase.

Die Zahl 1912

E. Maurer und Benno Strauß aus dem Unternehmen Krupp meldeten ein Patent auf rostfreien Stahl an.

1. Schutzgase

CRONIGON® 2 (ISO 14175 M12-ArC-2,5) ist das Standardschutzgas zum MAG-Schweißen nichtrostender Stähle. Der geringe CO2-Anteil bewirkt einen ruhigen Lichtbogen, geringe Schlackebildung und minimalen Spritzeranfall. Heliumzusätze verbessern die Wärmebilanz des Lichtbogens und werden besonders für größere Wanddicken und höhere Schweißgeschwindigkeiten angewendet. Andere Gasgemische mit Sauerstoffanteilen (1 – 3 Vol.-Prozent) sind ebenfalls lieferbar.

Die Reinheiten und Mischgenauigkeiten entsprechen den Anforderungen der DIN EN ISO 14175.

Für schlackeführende Fülldrähte kommen andere Prozessgase zum Einsatz, meistens CORGON® 18 oder sogar CO2. Die Empfehlungen der Drahthersteller sind zu beachten.

Schutzgasverbrauch:

• Kurzlichtbogen 10 – 12 I/min
• Sprüh- und Impulslichtbogen 15 – 20 I/min

Die benötigte Schutzgasmenge wird entweder am Druckminderer an einem Manometer mit entsprechender Kapillare auf Schutzgasverbrauch (I/min) geeicht oder mit einem Durchflussmengenmesser eingestellt.

Die eingestellte Schutzgasmenge sollte von Zeit zu Zeit mit einem Gasmessröhrchen an der Schutzgasdüse kontrolliert werden.

Leistung der Stromquelle

2. Schweißanlage

Für das MAG-Schweißen der nichtrostenden austenitischen Stähle hat sich besonders die Impulstechnik bewährt. Es wird deshalb empfohlen, bei der Gerätebeschaffung darauf zu achten, zumal der bei den Baustählen im Dünnblechbereich übliche Kurzlichtbogen bei den nichtrostenden Stählen keine optimalen Schweißergebnisse zulässt. Weiterhin können preiswertere dickere Drahtelektroden verwendet werden.

3. Einstellhinweise

Empfohlene Schweißparameter

Diese Angaben sind Richtwerte und abhängig von Legierungstyp, Schutzgas und Kontaktrohrabstand.

Empfohlener Kontaktrohrabstand:

Kurzlichtbogen ~8 – 12 mm

Sprüh- und Impulslichtbogen ~12 – 18 mm

Der Zusammenhang von Schweißspannung und Stromstärke/Drahtvorschub ist abhängig vom Schutzgas und der Lichtbogenart.

Brennerstellung für Massivdrähte und Metallpulverfülldrähte in der Regel 10 – 15° stechend. Schlackeführende Fülldrähte werden dagegen normalerweise leicht schleppend verschweißt.

4. Vorbereitung zum Schweißen – Verfahrensdurchführung

Im Gegensatz zu den unlegierten Baustählen haben die nichtrostenden CrNi-Stähle eine sehr hohe Wärmeausdehnung und eine schlechte Wärmeleitfähigkeit.

Um beim Schweißen dünnerer Bleche zu große Verwerfungen zu vermeiden, müssen die Teile in kurzen Abständen geheftet werden, wenn nicht mit Spannvorrichtungen gearbeitet werden kann. Außerdem führen diese Werkstoffeigenschaften zu hohen Eigenspannungen. Daher ist es notwendig, mit kleinen Raupenquerschnitten und geringer Wärmeeinbringung zu schweißen (Strichraupentechnik).

Falls die Wurzelseite nach dem Schweißen zur Beseitigung von Anlauffarben nicht zugänglich ist, muss durch Anwendung von Wurzelschutzgasen eine wurzelseitige Oxidation vermieden werden.

5. Sicherung der Korrosionsbeständigkeit

Die Korrosionsbeständigkeit der nichtrostenden Stähle beruht auf einer äußerst dünnen, festhaftenden und nichtsichtbaren Chromoxidschicht.

Bei Temperaturen über ca. 250° C, wie sie beim Schweißen nicht nur in der Schweißnaht, sondern auch in der Nahtumgebung auftreten, tritt durch den Sauerstoff der Luft eine weitere Oxidation auf. Diese Oxidation führt zu dickeren, sichtbaren Oxidschichten, den Anlauffarben. Diese Anlauffarben sind gegen korrosive Medien durchlässig und gefährden die Korrosionsbeständigkeit.

Vor und während des Schweißens kann durch Einsatz von Wurzelschutzgasen der Luftsauerstoff im Bereich der Schweißnaht verdrängt und so die Bildung von Anlauffarben vermieden werden.

Der Wurzelschutz muss bis ca. 250° C bestehen bleiben. Nach dem Schweißen müssen zum Erhalt der Korrosionsbeständigkeit eventuelle Anlauffarben entfernt werden, durch:

• Bürsten, Schleifen und Polieren, Strahlen
• Elektrochemisches Reinigen oder
• Beizen

Die Auswahl des Verfahrens richtet sich nach den Anforderungen bezüglich der Korrosionsbeständigkeit, z. B.:

• Bürsten – für geringere Anforderungen, keine Anforderungen an das Nahtaussehen
• Schleifen – Einebnen der Schweißnaht – auf Anpressdruck achten, da sonst Anlauffarben entstehen können
• Elektrochemisches Reinigen – Entfernen der Anlauffarben ohne Veränderung des Aussehens
• Beizen zum Entfernen aller Oberflächenverunreinigungen und Erreichen optimaler Korrosionsbeständigkeit

Es wird empfohlen, vor Beginn einer Fertigung die Anforderungen abzustimmen.

6. Arbeitsschutz

Die Intensität des Lichtbogens erfordert Schutzgläser mit Schutzstufen entsprechend der Stromstärke. Unbeteiligte sind durch Wände oder lichtdurchlässige Vorhänge zu schützen. Beim MAG-Schweißen der nichtrostenden Stähle ist besonders auf die Reflexion der ultravioletten Strahlung am umgebenden Material zu achten. Es entstehen beim MAG-Schweißen der nichtrostenden Stähle neben Gasen vor allem Schweißrauche.

Es liegt eine Gefährdung vor, wenn diese in den Atmungsapparat des Menschen gelangen, weil die feinen Partikel lungengängig sind. Zur Bewertung der Schadstoffe wird die Leitkomponente herangezogen. Dies ist die überwiegende Komponente, nach der die Schutzmaßnahmen ausgerichtet werden.

Beim MAG-Schweißen mit Fülldrähten liegt eine höhere Gefährdung durch Rauche vor als beim Einsatz von Massivdrähten. Generell ist eine Absaugung im Entstehungsbereich und in Einzelfällen ein fremdbelüfteter Schutzhelm erforderlich.

7. Arbeitsregeln und Fehlervermeidung

Bei der Schweißdurchführung ist zu beachten:

• Kleine Schweißbäder zügig schweißen
• Stechende Brennerführung mit 10 – 15° für Massivdraht und Metallpulverfülldraht. Schleppende Brennerführung bei schlackebildenden Fülldrähten
• Freie Drahtelektrodenlänge konstant halten
• Bei Mehrlagenschweißungen kann die gelegentlich auftretende Lichtbogeninstabilität durch Schleifen vermieden werden
• Schlauchpaketlänge so kurz wie möglich halten
• Drahtvorschubsysteme mit Mehrrollenantrieb sind vorteilhaft
• Teflonseelen sichern den gleichmäßigen Drahttransport
• Mischgase mit geringer Aktivgaskomponente verwenden, z. B. CRONIGON® 2 (ISO 14175 M12-ArC-2,5) oder CRONIGON® S1 (ISO 14175 M13-ArO-1) Ausnahme: Schlackeführende Fülldrähte. Herstellerempfehlung beachten!
• Impulslichtbogenschweißen bringt Vorteile bei Dünnblech durch Einsatz förderstabiler dicker Drahtelektroden

Fehlervermeidung

Poren durch falsche Gasmenge